第2章 沉降观测《变形监测技术》教学课件

《变形监测技术》✅精品课件合集第X章XXXX模块2

沉降观测主要内容ZhuYaoNeiRong概述沉降监测网（点）的布设精密水准测量精密三角高程测量2.1沉降监测概述地壳运动、矿藏的开采及地下工程的施建等会使地面局部地区在短期内发生较大变化，对房屋、地下管道、道路、桥梁和水坝等有严重的破坏作用。另外，随着高层及超高层建筑物越来越多，为了保证建构筑物的正常使用寿命和建筑物的安全性，

沉降监测是预防和控制沉降最有效的方法之一。

2.1.1沉降监测的意义2.1沉降监测概述假设基准点A的高程为HA，利用其测得监测点1的第1期、……、第i期、第i+1、……、第n期高差分别为h1[1]、……

、h1[i]

、h1[i+1]、……、h1[n]

，则1点的各周期的高程为：

2.1.2沉降监测的原理…..…..2.1沉降监测概述监测点1的第i周期相对第i-1周期的沉降量为：

2.1.2沉降监测的原理监测点1的第i周期相对第1周期的累计沉降量为：S符号为负号时，表示下沉；为正号时，表示上升。若已知该点第i周期相对于初始周期总的观测时间为△t,则沉降速度为：现有m，n两个沉降观测点，它们在第i周期的累计沉降量分别为：则第i周期m，n两个沉降观测点的沉降差：2.1沉降监测概述为保证观测精度，变形监测应做到人员、设备、观测路线的固定即：1.一周期的观测在较短的时间内完成。2.采用相同的图形（观测路线）和观测方法。3.使用同一仪器和设备。4.观测人员相对固定。对于特级和一级变形观测应在相同的环境和条件下观测。

2.1.3沉降监测的要求2.1沉降监测概述在建筑变形观测过程中发生下列情况之一时，必须立即报告委托方，同时应及时增加

观测次数或调整变形测量方案：1.变形量或变形速率出现异常变化；2.变形量达到或超出预警值；3.周边或开挖面出现塌陷、滑坡；

4.建筑本身、周边建筑及地表出现异常；5.由于地震、暴雨、冻融等自然灾害引起的其他变形异常情况。

2.1.3沉降监测的要求2.2沉降监测网（点）的布设沉降变形监测系统是由基准点、工作基点、观测点组成。基准点是为进行变形测量而布设的稳定的、需长期保存的测量控制点，布设在变形区之外稳定地区。工作基点是直接观测变形点而在现场布设的相对稳定的测量控制点，是基准点和观测点间的过渡点。观测点布设在建筑地基、基础、场地及上部结构的敏感位置上能反映其变形特征的测量点，亦称变形点。

对于工程规模较小、沉降观测精度要求较低时，可直接布设基准点和观测点两级，不再布设工作基点。

2.2.1

沉降监测网（点）的构成2.2沉降监测网（点）的布设

2.2.1

沉降监测网（点）的构成固定基准点工作基准点建筑物2.2沉降监测网（点）的布设

基准点2.2沉降监测网（点）的布设沉降观测点2.2沉降监测网（点）的布设

2.2.2沉降监测网（点）的布设要求1.高程基准点和工作基点的数量

特级沉降观测的高程基准点数不应少于4个，其他级别沉降观测的高程基准点数不应少于3个。高程工作基点数量可根据需要设置。基准点和工作基点应形成闭合环或形成由附合路线构成的结点网。2.2沉降监测网（点）的布设

2.2.2沉降监测网（点）的布设要求2.高程基准点和工作基点的位置（1）高程基准点和工作基点应避开交通干道主路、地下管线、仓库堆栈、水源地、河岸、松软填土、滑坡地段、机器振动区以及其他可能使标石、标志易遭腐蚀和破坏的地方。（2）高程基准点应选设在变形影响范围以外且稳定、易于长期保存的地方。在建筑区内，其点位与邻近建筑的距离应大于建筑基础最大宽度的2倍，其标石埋深应大于邻近建筑基础的深度，也可选择在基础深且稳定的建筑上。（3）高程基准点、工作基点之间方便进行水准测量。2.2沉降监测网（点）的布设

2.2.2沉降监测网（点）的布设要求3.高程基准点和工作基点的选埋（1）高程基准点的标石应埋设在基岩层或原状土层中，可根据点位所在处的不同地质条件选埋基岩水准基点标石、深埋双金属管水准基点标石、深埋钢管水准基点标石、混凝土基本水准标石。在基岩壁或稳固的建筑上也可埋设墙上水准标志。（2）高程工作基点的标石可按点位的不同要求，选用浅埋钢管水准标石、混凝土普通水准标石或墙上水准标志等。2.2沉降监测网（点）的布设

2.2.2沉降监测网（点）的布设要求4.观测点的布设（1）建（构）筑物的主要墙角及沿外墙每10～15m处或每隔2～3

根柱基上。（2）沉降缝、伸缩缝、新旧建（构）筑物或高低建(构)筑物接壤处

的两侧。（3）人工地基和天然地基接壤处、建（构）筑物不同结构分界处的

两侧。（4）烟囱、水塔和大型储藏罐等高耸构筑物基础轴线的对称部位，

且每一构筑物不得少于4个点。（5）基础底板的四角和中部。（6）当建（构）筑物出现裂缝时，布设在裂缝两侧。2.3精密水准测量

2.3.1监测仪器与检验

1.水准仪的检验（1）水准仪的检视；（2）水准仪上概略水准器的检校；（3）光学测微器隙动差和分划值的测定；（4）水泡式水准仪交叉误差的检校；（5）

i

角检校。2.3精密水准测量

2.3.1监测仪器与检验i角检校

i

角的测定：在地面选定J1、A、B、J2四点，为计算方便，四点间隔S=20.6m，其中A、B两点立水准尺，J1、J2分别立水准仪。2.3精密水准测量

2.3.1监测仪器与检验i角检校

在J1测站上，照准水准标尺A和B，读数为a1

和b1

，当i=0时，水平视线在水准标尺上的正确读数应为a1/和b1/

，由于i角引起的误差分别为Δ和2Δ

。

同样，在J2测站上，照准水准标尺A和B，读数为a2和b2

，正确读数应为a2/和

b2/，其误差分别为2Δ和Δ。2.3精密水准测量

2.3.1监测仪器与检验在测站J1和J2上得到A、B两点的正确（没有i角影响）高差分别为：由于：由图得：即：当i

角应小于15″，否则需改正（即△≥1.5mm仪器需改正）。由上式得：2.3精密水准测量

2.3.1监测仪器与检验2.水准尺的检验（1）标尺的检视；（2）标尺上圆水准器的检校；（3）标尺分划面弯曲差的测定；（4）标尺名义米长及分划偶然中误差的测定；（5）标尺尺带拉力的测定；（6）标尺温度膨胀系数的测定；（7）一对水准标尺零点不等差及基辅分划读数差的测定。2.3精密水准测量

2.3.2监测方法与技术要求1.观测的时间和气象条件气象条件是影响水准观测精度的重要因素，特别是大气垂直折光的影响。因此，下列情形不宜进行观测：（1）日出后与日落前30min内；（2）太阳中天前后各约2h内（可根据地区、季节和气象情况，适当增减，最短间歇时间不少于2h）；（3）标尺分划的影像跳动剧烈时；（4）气温突变时；（5）风力过大而使标尺与仪器不能稳定时。2.3精密水准测量

2.3.2监测方法与技术要求2.观测中应遵守的原则（1）观测前30min，应将仪器置于露天阴影下，使仪器与外界气温趋于一致；设站时，应用测伞遮蔽阳光；迁站时，应罩以仪器罩。使用数字水准仪前，还应进行预热，预热不少于20次单次测量。（2）气泡式水准仪，观测前应测出倾斜螺旋的置平零点，并作标记。对于自动安平水准仪的圆水准器，应严格置平。这样可以减弱视准轴受温度变化的影响。（3）在连续各测站上安置水准仪的三脚架时，应使其中两脚与水准路线平行，而第三脚轮换置于路线方向的左侧与右侧。2.3精密水准测量

2.3.2监测方法与技术要求2.观测中应遵守的原则（4）除路线转弯处，每一测站上仪器与前后视标尺的三个位置，应接近一条直线。（5）不应为了增加标尺读数，而把尺桩（台）安置在壕坑中。（6）转动仪器的倾斜螺旋和测微器时，其最后方向旋转方向，

均应为旋进。（7）每一测段的往测与返测，其测站数均应为偶数。由往测转

向返测时，两只标尺应互换位置，并应重新整置仪器。2.3精密水准测量

2.3.2监测方法与技术要求2.观测中应遵守的原则（8）在高差甚大的地区，应选用长度稳定、标尺名义米长

偏差和分划偶然误差较小的水准标尺作业。（9）对于数字水准仪，应避免望远镜直接对着太阳；尽量

避免视线被遮挡，遮挡不要超过标尺在望远镜中截长

的20%；仪器只能在厂方规定的温度范围内工作；确信震动源造成的震动消失后才能启动测量键。2.3精密水准测量

2.3.2监测方法与技术要求3.精密水准测量的基本规定等级仪器类别视线长度（m）前后视距差(m)任一测站上前后视距差累积视线高度数字水准仪重复测量次数光学数字光学数字光学数字光学（下丝读数）数字一DSZ05、DS05≤30≥4且≤30≤0.5≤1.0≤1.5≤3.0≥0.5≤2.80且≥0.65≥3次二DSZ1、DS1≤50≥4且≤50≤1.0≤1.5≤3.0≤6.0≥0.3≤2.80且≥0.55≥2次注：下丝为近地面的视距丝。几何法数字水准仪视线高度的高端限差一、二等允许到2.85m，相位法数字水准仪重复测量次数可以为上表中数值减少一次。所有数字水准仪，在地面震动较大时，应随时增加重复测量次数。一、二等水准测量技术要求2.3精密水准测量

2.3.2监测方法与技术要求3.精密水准测量的基本规定等级上下丝读数均值与中丝读数之差基辅分划读数之差基辅分划所测高差之差检测间歇点高差之差5mm刻划标尺10mm刻划标尺一等1.53.00.30.40.7二等1.53.00.40.61.0一、二等水准测量测站观测限差单位：mm2.3精密水准测量

2.3.2监测方法与技术要求3.精密水准测量的基本规定等级测段、区段、路线往返测高差不符值附合路线闭合差环闭合差检测已测测段高差之差一等1.8__23二等4446注：K——测段、区段或路线长度（km）。当测段长度小于0.1km时，按0.1km计算；L——附合路线长度（km）；F——环线长度（km）；R——检测测段长度（km）。一、二等水准测量往返测高差不符值、环闭合差2.3精密水准测量

2.3.2监测方法与技术要求3.精密水准测量的基本规定往（返）测距离总和测段距离中数各测站高差往（返）测高差总和测段高差中数水准点高程0.01km0.1km0.01mm0.01mm0.1mm1mm一、二等精密水准测量外业计算的尾数取位2.3精密水准测量

2.3.3精密水准测量的误差来源及其减弱方法1.i角误差的影响设S前、S后为前后视距，由于存在i角，在前后视水准标尺上的读数误差分别为

i″×s前／ρ″和i″×s后／ρ

，对高差的误差影响为：那么一个测段的高差总和的误差影响为：由此可见，在i角保持不变的情况下，一个测站上的前后视距相等或一个测段的前后视距总和相等，则在观测高差中由于i角的误差影响可以得到消除。2.3精密水准测量

2.3.3精密水准测量的误差来源及其减弱方法2.水准标尺每米长度误差的影响设f为水准标尺每米间隔平均真长误差，则对一个测站的观测高差h应加的改正数为：对于一个测段来说，应加的改正数为：2.3精密水准测量

2.3.3精密水准测量的误差来源及其减弱方法3.一对水准标尺零点不等差的影响一对水准标尺的零点误差之差称为零点不等差，其对观测高差必然产生影响。设a、b水准标尺的零点误差分别为△a和△b，它们都将影响在水准标尺上的读数。如图，在Ⅰ站上顾及两水准标尺的零点误差对前后视水准标尺上读数b1、a1的影响，则测站1、2两点的高差为：2.3精密水准测量

2.3.3精密水准测量的误差来源及其减弱方法3.一对水准标尺零点不等差的影响在测站Ⅱ，此时测站I前尺变为本站的后尺，I后尺变为本站的前尺，则2、3点高差为：则1、3点的高差，即Ⅰ、Ⅱ测站所测高差之和为：由上看出，在两相邻测站的观测高差之和中，抵消了这种误差的影响，故在实际水准测量作业中各测段的测站数目应安排成偶数，且在相邻测站上使两水准标尺轮流作为前视尺。2.3精密水准测量

2.3.3精密水准测量的误差来源及其减弱方法4.大气垂直折光的影响大气垂直折光，将使视线产生垂直弯曲，并且弯向空气密度较大的一方。为了减弱垂直折光对观测高差的影响，应该：（1）应使前后视距尽量相等，并使视线离地面有足够的高度，在坡度较大的水准路线上进行作业时，应适当缩短视距。（2）垂直折光的影响，还与一天内的不同时间有关，在日出后半小时左右和日落前半小时左右这两段时间内，由于地表面的吸热和散热，使近地面的大气密度和折光差变化迅速而无规律，故不宜进行观测。在中午的一段时间内，由于太阳强烈照射，使空气对流剧烈，致使目标成像不稳定，也不宜进行观测。2.3精密水准测量

2.3.3精密水准测量的误差来源及其减弱方法4.大气垂直折光的影响（3）为了减弱垂直折光对观测高差的影响，水准测量规范还规定每一测段的往测和返测应分别在上午或下午进行，这样在往返测观测高差的平均值中可以减弱垂直折光的影响。5.仪器和水准标尺（尺台或尺桩）垂直位移的影响（1）仪器垂直位移的影响对于精密水准测量，尺的观测程序：后视基本分划中丝——前视基本分划中丝——前视辅助分划中丝——后视辅助分划中丝，在观测过程中，仪器的脚架随时间而逐渐下沉，因而，计算会有误差。2.3精密水准测量

2.3.3精密水准测量的误差来源及其减弱方法设一测站高差真值为h，a1

、b1

、a2

、b2

分别为后视基本分划中丝、前视基本分划中丝、前视辅助分划中丝、后视辅助分划中丝的数值，那么：2.3精密水准测量

2.3.3精密水准测量的误差来源及其减弱方法（2）水准标尺（尺台或尺桩）垂直位移的影响

水准标尺（尺台或尺桩）的垂直位移，主要是发生在迁站的过程中，由原来的前视尺转为后视尺而产生下沉，于是总是后视读数偏大，使各测站的观测高差都偏大，成为系统性的误差影响。这种误差的影响在往返测高差的平均值中可以得到有效的抵偿，所以水准测量一般都要求进行往、返测。2.3精密水准测量

2.3.3精密水准测量的误差来源及其减弱方法6.温度变化对i角的影响温度的变化对i角的影响是极其复杂的，试验结果表明，当仪器周围的温度均匀地每变化1℃时，i角将平均变化约为0.5″，有时甚至更大些，可达到1″～2“。为了研究方便，设i角与时间成正比例的均匀变化，可以采取改变观测程序的方法在一定程度上来消除或消弱这种误差对观测高差的影响。

在两相邻测站Ⅰ、Ⅱ对于基本分划如按下列①、②、③、④程序观测，即测站Ⅰ：①后视

②前视；测站Ⅱ：③前视

④后视2.3精密水准测量

2.3.3精密水准测量的误差来源及其减弱方法6.温度变化对i角的影响测站Ⅰ、Ⅱ观测高差的影响分别为：-S(i2-i1)和+S(i4-i3)，由于i角与时间成正比例地均匀变化，所以（i2-i1）=(i4-i3)，抵消了i角变化的误差影响。2.3精密水准测量

2.3.3精密水准测量的误差来源及其减弱方法6.温度变化对i角的影响同理，相邻测站Ⅰ、Ⅱ对于辅助分划①、②、③、④程序观测，即测站Ⅰ：①前视②后视

；测站Ⅱ：③后视④前视。测站Ⅰ、Ⅱ观测高差的影响分别为：S(i2-i1)和-S(i4-i3)，由于i角与时间成正比例地均匀变化，（i2-i1）=(i4-i3)，所以，也抵消了i角变化的误差影响。这便是相邻测站观测顺序不同及安排成偶数站的原因。2.3精密水准测量

2.3.3精密水准测量的误差来源及其减弱方法7.观测误差的影响

精密水准测量的观测误差，主要有水准器气泡居中误差、照准水准标尺上分划误差和读数误差。由于微倾螺旋和符合水准器及光学测微器装置，可以提高水准器气泡居中的精度和读数精度，同时用楔形丝照准标尺上的分划线，可以减小照准误差。8.电磁场对水准测量的影响

电磁场对光线的正确性有系统性的影响，为了避免这种影响，在布设与输电线平行的水准路线时，须使水准线路离输电线50m以外，如果水准线路与输电线相交，则其交角应为直角，跨线应将水准仪严格地安置在输电线的正下方，这样，照准后视和前视水准标尺的视线直线性的变形可以互相抵消。2.3精密水准测量1.一晴朗夏日，某一等水准在北京地区观测，测段进行一半时，已经接近上午十点，此时，观测组应（

C）。A．继续观测B．打伞观测C．打间歇 D．到下一水准点结束观测2.采用数字水准仪进行二等水准观测，仪器设置完成后，起测的第一站前后视距分别为50m、49m，后尺读数为2.94288m，前尺读数为0.54288m，仪器显示超限。其原因是（D）超限A．视线长度 B．前后视距差 C．前后视距累计差 D．视线高度习题3．水准测量中，若后视点读数大于前视点读数，则前后视点的高度关系是（D）。A．前后视点高度取决于仪器高 B．前后视点等高C．后视点比前视点高 D．前视点比后视点高2.4精密三角高程测量

2.4.1三角高程单向观测及精度若则若采用1″级仪器进行2测回观测，那么高差中误差是多少？中误差：2.4精密三角高程测量

2.4.2中间法及精度中间法是将仪器安置在已知高程点1和测点2之间，通过观测测站点到1和2两点的距离D1和D2

，垂直角α1

和α2

，目标1、2的高度v1

和v2

，来计算1、2两点的高差。中间法距离较短，若不考虑垂线偏差的影响，其计算公式为：2.4精密三角高程测量

2.4.2中间法及精度若设则：中误差：2.4精密三角高程测量

2.4.3对向观测及精度正向观测时，仪器高度i1

，目标高度v2

，竖角为α12

，平距为D12

，大气垂直折光系数K1

，反向观测时，仪器高度i2

，目标高度v1

，竖角为α21

，平距为D21

，大气垂直折光系数K2

，若设D12=

D21=D，△K=K1-K2

，则对向观测的计算公式为：若则对向观测高差中误差可写成：2.4精密三角高程测量

2.4.3对向观测及精度设：若，于是：则：要提高测量精度除采用高精度测量仪器外，宜选择竖角较小的边，同时尽量选短边。对于大气折光的影响，观测应尽量在中午附近进行，此时折光系数最稳定，于此同时，在较短的时间内完成对向观测可以更好地减少△k。2.4精密三角高程测量

2.4.3对向观测及精度为了估算一下竖角、边长及折光系数等中误差对高差的影响，设水平距离D=3000m、mD=±0.71m；α=5°,

mα=±15″,折光系数之差△k的中误差△k=±0.04，利用对向观测产生的高差中误差是多少？2.4精密三角高程测量

2.4.3对向观测及精度2.4精密三角高程测量

2.4.3对向观测及